[发明专利]一种纯Pb作为中间反应材料层的镁合金超声辅助焊接方法

摘要

本发明公开了一种纯Pb作为中间反应材料层的镁合金超声辅助焊接方法，经过中间反应材料层的设计条件筛选，筛选出纯Pb箔为中间反应材料层与镁合金进行焊接，选用纯Pb箔作为中间反应材料层有利于降低焊接温度，无需钎料辅助在大气环境下完成焊接，绿色环保，在焊接过程中只有极少量脆性金属间化合物产生，得到全Mg基固溶体接头，本焊接时间短，接头力学性能高，焊接效果好。

主权项

1.一种纯Pb作为中间反应材料层的镁合金超声辅助焊接方法，包括待焊接母材和中间反应材料层，待焊接母材仅限于镁合金，其特征在于：包括以下步骤：中间反应材料层筛选步骤，条件一，中间反应材料层的熔化温度低于待焊接母材的熔点195‑205℃，或中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度低于待焊接母材熔点150‑300℃，条件二，中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的固溶度最大值至少达到10％，条件三，中间反应材料层主要元素与待焊接母材中的原子半径差最大不超过50pm，条件四，中间反应材料层主要元素与待焊接母材之间的电极电位差至多在‑0.8V以内，中间反应材料层至少满足以上四个条件中的三个条件，根据以上条件，选用中间反应材料层为纯Pb箔；表面处理步骤，将待焊接母材的待焊接面进行机械打磨和超声清洗；焊接前组装步骤，选用膜状或片状的纯Pb箔作为中间反应材料层，将中间反应材料层夹持在两个待焊接母材的焊接界面之间，中间反应材料层分别与两个待焊接母材的焊接界面接触，待焊接组件组装完成；上机固定步骤，将待焊接组件放置在超声焊接设备的加工平台，并使超声工具头压紧在待焊接组件的上部；将超声工具头向待焊接组件纵向方向施加压力，压力值为0.1‑0.2MPa；第一共晶反应步骤，通过超声工具头将焊接超声波传导至待焊接组件，对待焊接组件进行加载超声，焊接超声波的功率控制在200‑500W，焊接超声波的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备升温中间反应材料层，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，中间反应材料层的反应温度控制在275‑285℃，在焊接超声的作用下，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，发生第一共晶反应，反应式为：L→Pb(Mg)+Mg2Pb，形成固液界面，实现初步冶金接合；第二共晶反应步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200‑500W，焊接超声波的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备升温中间反应材料层，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，将中间反应材料层的反应温度控制在485‑495℃，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，待焊接母材与中间反应材料层发生第二共晶反应，其中反应式为：L→Mg(Pb)+Mg2Pb，Mg(Pb)固溶体的物理状态为固态；全Mg基固溶体接头形成步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200‑500W，焊接超声波的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备对中间反应材料层进行保温，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，将中间反应材料层的反应温度保持在485‑495℃，Mg(Pb)固溶体形成Mg(Pb)固溶体层，待焊接组件等温凝固完成，Mg(Pb)固溶体的物理状态为固态，从而形成全Mg基固溶体接头；完成焊接组件步骤，对中间反应材料层取消保温和对待焊接组件取消焊接超声波，在大气环境中保持压力冷却至室温，得到焊接成品。